CN104837596A - 用于抽取卷绕状复合部件的纤维的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于抽取长纤维特别是环状连续纤维的方法及设备，所述长纤维嵌入树脂基体中而形成卷绕状复合部件，其中，纤维通过在用于基体的分解的热解处理之后解绕而抽取为单个部分。

Description

用于抽取卷绕状复合部件的纤维的方法及设备
技术领域
本发明涉及用于抽取纤维的方法及设备、特别是用于执行这种方法的设备，所述纤维嵌入树脂基体中而形成具有主轴线的卷绕状复合部件，其中，纤维在主轴线的方向上形成多个相邻卷绕匝。
背景技术
根据已知的方法，根据纤维复合部件的加工状态和其纤维类型如干碳纤维碎片、预浸材料以及寿命终止部分对纤维复合部件进行压碎和分类。然后，使压碎和分类的复合部件暴露于热解处理。由于热解处理，基体熔化并且因此纤维从基体中释放出来。压碎的纤维然后可以被用于构建新的复合部件、特别是非结构性复合部件。
发明内容
本发明的目的是规定一种用于抽取纤维的方法，所述纤维嵌入树脂基体中而形成卷绕状复合部件。此外，本发明的目的是创建一种用于抽取纤维的设备、特别是用于执行该方法的设备，所述纤维嵌入树脂基体中而形成卷绕状复合部件。
用于抽取纤维的发明方法包括下述步骤，其中所述纤维嵌入树脂基体中而形成具有主轴线的复合部件，其中，纤维在主轴线的方向上形成多个相邻的卷绕匝：
·将复合部件定位在沿主轴线的方向延伸的保持器上，
·通过热解处理生成无树脂纤维结构，
·通过从纤维结构的内部指向外部的支撑压力支撑纤维结构，
·寻位和抓取纤维的自由端，以及
·解绕纤维。
根据本发明的方法使嵌入卷绕状复合部件中的长纤维能够回收利用。纤维例如碳纤维、玻璃纤维以及芳纶()纤维于是可以重新用于卷绕新的复合部件特别是结构性部件。
有利地，为了避免在热解处理期间卷绕匝的混合特别是缠结，复合部件水平地对齐。此外，当复合部件在其整个长度上支撑在保持器上时是优选的。由此，在基体分解之后，卷绕匝可以在保持器上以卷绕匝的初始定向彼此相邻地放置。
为了减少用于抽取纤维的周期时间，热解可以连续地进行。
在一个实施方式中，为了在解绕纤维前支撑纤维结构，在移除保持器之前，在纤维结构中沿着主轴线定位用于生成支撑压力的芯元件。本实施方式使芯元件能够可靠地定位在纤维结构的内部。
在替代性实施方式中，在纤维结构中沿着主轴线定位用于生成支撑压力的芯元件，其中，移除保持器和通过芯元件支撑纤维结构同时地进行。与上述实施方式相比，替代性实施方式由于在一个步骤中进行了芯元件的定位和保持器的移除，使芯元件能够更快地定位在纤维结构的内部中。
根据一个实施方式，纤维结构的自由端的寻位/位置确定和抓取通过充电进行。由此，电势差施加至纤维结构并且施加至抓取器从而使自由端能够可靠且快速地寻位。
根据替代性实施方式，纤维结构的自由端的寻位和抓取通过容易执行的使纤维结构绕主轴线旋转来进行。
根据本发明，用于抽取纤维的设备包括用于接纳复合部件的保持器、用于执行热解处理以生成无树脂纤维结构的炉、用于支撑纤维结构的可膨胀的芯元件、用于纤维的自由端的寻位和抓取的装置、以及用于接纳解绕的纤维的绕线筒，其中，所述纤维嵌入树脂基体中而形成具有主轴线的卷绕状复合部件，其中，纤维在主轴线的方向上形成多个相邻的卷绕匝，特别地，该设备用于执行本发明的方法。
优选地，保持器具有外部固定机构和内部固定机构，该外部固定机构用于在第一位置固定复合部件，该内部固定机构用于在第二位置固定复合部件。由此，复合部件支撑在优选地彼此间隔开的至少两个位置上。
有利地，内部固定机构结合在保持器头部中，并且在主轴线的方向上是可伸展的。通过这种方式，增强了保持器沿主轴线方向的延伸。由此，由于固定机构可以刺入熔解的基体，因此在热解处理之后甚至位于保持器头部的前方的卷绕匝也被支撑。
为了将芯元件定位在纤维结构的内部，保持器可以具有用于接纳芯元件的腔体。
为了使保持器能够穿过纤维结构的卷绕匝而被移除，保持器头部可以为锥形形状。
替代性地，保持器头部具有用于释放芯元件的前开口。通过这种方式，为了将芯元件定位在纤维结构的内部，保持器可以向后移动，因而防止了纤维结构卷绕匝的移位。
为了通过充电来寻位并且抓取纤维的自由端，用于寻位并且抓取纤维的自由端的装置可以包括用于提供直流电的电能量源、可移动的抓取器以及用于使心轴和抓取器与能量源相连接的接线。
替代性地，为了通过旋转来寻位并且抓取纤维的自由端，用于寻位并且抓取纤维的自由端的装置可以包括用于使芯元件绕主轴线旋转的驱动机构以及定位在纤维结构的外侧的抓取器。
本发明的实施方式的其它优点示例是进一步的从属权利要求的主题。
附图说明
在下文中，借助于动态图示更详细地阐述本发明的实施方式的优选示例。在这里：
图1a示出了复合部件在保持器的一个实施方式上的定位，
图1b示出了图1a中所示的内部固定机构的放大图，
图2是炉和用于将多个复合部件给送至炉以执行热解处理的传送带的立体图，
图3示出了在热解处理后定位在保持器上的复合部件的纤维结构，
图4和图5示出了芯元件在纤维结构内部的定位，
图6示出了纤维结构通过芯元件的支撑，
图7a示出了复合部件在保持器的替代性实施方式上的定位，
图7b是图7a中所示的内部固定机构的放大图，
图8示出了芯元件经由替代性保持器在纤维结构内部的定位，
图9和图10示出了芯元件经由保持器的另一实施方式在纤维结构内部的定位，
图11示出了纤维结构基于图7和图8中所示芯元件的支撑，
图12示出了用于寻位并且抓取纤维的自由端的装置的第一实施方式，
图13示出了用于寻位并且抓取纤维的自由端的装置的第二实施方式，
图14示出了纤维的自由端上的可视标记，
图15示出了从芯元件上解绕纤维并且将纤维储存在绕线筒上的步骤，以及
图16示出了储存在绕线筒上的解绕的纤维。
具体实施方式
在下面的图中，示出了用于抽取长纤维1、特别是环状连续纤维1的方法和设备，所述长纤维1嵌入树脂基体2中而生成具有主轴线m的卷绕状复合(材料)部件4，其中，纤维1在主轴线m的方向上形成多个相邻的卷绕匝。
该方法的主要步骤是：
·定位复合部件4(图1a和图1b；图7a和图7b)，
·生成无树脂纤维结构8(图2和图3)，
·在热解处理之后支撑纤维结构8(图4、图5以及图6；图8；图9、图10以及图11)，
·寻位/确定位置并且抓取纤维1的自由纤维端10(图12、图13以及图14)，以及
·解绕纤维1(图15和图16)。
首先，如图1a中所示，复合部件4水平地定位在沿主轴线m的方向延伸的保持器12上。所示示例性复合部件4具有带有一个开口13的杯状形状，保持器12通过该开口13插入复合部件4中。例如，纤维1是碳纤维并且基体2由热固性树脂制成。
在所示实施方式中，保持器12是具有形成腔体14的筒形空心本体和锥形形状的头部15的心轴。保持器12具有与复合部件4的长度对应的在主轴线m的方向上的延伸部。因此，复合部件4在其整个长度上承载在保持器12上。此外，保持器12具有外部固定机构16和内部固定机构18。
腔体14用于接纳可膨胀芯元件34(在图4至图9中示出)。腔体14在保持器12的后端19处开口并且在保持器头部15处封闭。
外部固定机构16在保持器12的后端19处定位成距保持器头部15一段距离。外部固定机构16包括用于将复合部件4固定至保持器12的外部区域的至少一个夹持元件。
如图1b中详细地示出的，内部固定机构18部分地结合在保持器头部15中，并且因此定位成距外部固定机构16一段距离。在所示实施方式中，内部固定机构18包括在主轴线m的方向上从头部15给送的针状销20。销20被定位在头部15内部的弹簧24沿离开保持器12的方向偏置。借助于弹簧24，在没有任何外部手动支撑的情况下固定装置18完全自动地工作。
如图1a和1b中所说明的，销20压靠复合部件4的内表面26，由此弹簧24被加载。通过这种方式，在热解处理期间，销20刺入复合部件4并且在保持器头部15的前方的区域中支撑被接纳的纤维结构8的卷绕匝27(参见图3)。借助于销20，增大了保持器12的长度。
第二，如图2和图3中所示，出于生成无树脂纤维结构8的目的，将定位在保持器12上的复合部件4暴露于热解处理。基本上，热解是在高温下没有氧气参与的化学分解过程。由于热解处理，基体2从纤维1移除。
如图2中所示，设置有复合部件4的保持器12附接至传送带30的保持装置28。传送带30连续地给送通过炉32以执行热解处理。为了连续地处理多个复合部件4，传送带30包括多个保持装置28用于各自接纳设置有复合部件4的保持器12。如通过机器人33所示出，复合部件4的处置可以完全自动地进行。
如图3中所示，在热解处理之后，无树脂纤维结构8靠置在保持器12和销20上。由于无树脂纤维结构8的水平对齐，卷绕匝不会混杂，而是处于其初始的彼此对齐。
第三，如图5至图9中所示，为了使纤维结构8对其解绕做准备，纤维结构8通过从纤维结构8的内部指向外部的支撑压力p支撑。支撑压力p通过上述可膨胀芯元件34施加。优选地，芯元件34是连接至压力源的可充胀的筒形压力袋。为了在其整个长度上支撑纤维结构8，芯元件34具有与纤维结构8的长度相对应的长度。
根据图4中所示的一个实施方式，在其后端19处芯元件34经由辅助装置36插入保持器12的腔体14中。在所示实施方式中，辅助装置36是与压力源流体连接的管子。芯元件34在辅助装置36上成裂口，并且通过夹持装置38使芯元件34以压力密闭的方式固定至辅助装置36。
如图5中所示，在已经将可膨胀芯元件34引入腔体14中之后，从纤维结构8自内部移除保持器12。释放外部固定机构16并且使保持器12在主轴线m的方向上向前移动并且因此移动穿过纤维结构8。由于保持器12的锥形头部15，避免了纤维结构8的卷绕匝因所穿透的保持器12而引起的未对齐或移位。
如图6中所示，在已经移除保持器12之后，纤维结构8优选地通过夹持装置38夹持，并且使芯元件34膨胀直至纤维结构8通过芯元件34而“泵胀”使得纤维结构8的卷绕匝稳定为止。
在图7a和图7b中，示出了用于定位复合部件4的可缩回保持器12的替代性实施方式。
与上述保持器相反，可缩回保持器12具有筒形头部15。腔体14延伸穿过头部15并且通过前开口40宽大地开口。前开口40的内径大于设置有芯元件34的辅助装置36的外径。
此外，与上述保持器对比并且在图7b中更详细地示出，也包括弹簧偏置针状销20的内部固定机构18以相对于主轴线在侧向的方式位于保持器12的前凹部41中。如图1a、图1b以及图2中已经说明的，在复合部件4安装在保持器12上的状态下，销20压靠复合部件4的内表面26，由此弹簧24被加载。通过这种方式，在热解处理期间，针20刺入复合部件4并且在保持器头部15的前方的区域中支撑被接纳的纤维结构8的卷绕匝27(参见图2)。
为了借助于芯元件34来支撑纤维结构8，首先，在保持器12的后端19处经由辅助装置36将芯元件34插入腔体14中。然后，外部固定装置16被释放，并且与图1a、图1b以及图2中示出的上述实施方式对比，保持器12通过沿着主轴线m的缩回而从纤维结构8自内部移除。保持器1向后移动，因此芯元件34通过前开口41而被释放至纤维结构8的内部。在移除保持器12之后，纤维结构8优选地通过辅助装置36的夹持装置38夹持。
在图9、图10以及图11中，示出了将芯元件34定位在纤维结构8内部的实施方式，通过该实施方式，同时地进行保持器12的拆离和支撑压力p的施加。
根据该替代性实施方式，可缩回的保持器12在其筒形头部15处具有用于将芯元件34插入纤维结构8的内部的小的前开口40。例如，芯元件34是在没有被图4中所示的辅助装置36承载的情况下以松弛状态定位在腔体14中的可充胀袋。
为了通过芯元件34支撑纤维结构8，保持器12向后移动，同时地芯元件34被加压，并且因此芯元件34通过前开口40离开腔体14进入纤维结构8。如在该实施方式中，保持器12缩回，纤维结构8可以仍然以外部固定机构16保持固定。
第四，如图12和图13中所示出的，纤维结构8的自由纤维端10被确定位置和抓取。
根据图12中所示的第一实施方式，自由纤维端10的寻位和抓取通过充电而进行。为此，用于寻位并且抓取自由纤维端10的装置具有提供直流电的能量源42、接线44a、44b以及抓取器46。借助于接线44a、44b，能量源42分别与纤维结构8和抓取器46电连接。优选地，纤维结构8充负电而抓取器46充正电。由于纤维结构8与抓取器46之间的电势差，纤维自由端10在抓取器46变窄/靠近的情况下被吸引至抓取器46并且从纤维结构8升起。
在图13中所示的替代性实施方式中，自由纤维端10通过离心作用抓取。为此，用于寻位并且抓取自由纤维端10的装置具有未示出的驱动机构，该驱动机构用于使芯元件34进而纤维结构8绕主轴线m旋转。此外，用于寻位和抓取的装置具有抓取器46，该抓取器46用于抓持定位在纤维结构8的外侧的自由纤维端10。通过使纤维结构8旋转，迫使自由纤维端10旋转至纤维结构8的外侧，自由纤维端10在该纤维结构8的外侧处被抓取器46抓持。
如图14中所示，为了仅通过目测来对自由纤维端10进行寻位，自由纤维端10可以设置有耐热且耐化学的可视标记48。例如，标记48由陶瓷或者由水泥制成，并且具有与纤维1的颜色不同的颜色。通过这种方式，自由纤维端10可以在不需要充电或旋转纤维结构8的情况下被寻位。
第五，如图15中所示，纤维1被解绕从而转移至绕线筒50以用于重新使用或者用于进一步处理。
纤维自由端10被夹持在绕线筒50上，然后通过绕线筒50绕其纵向轴线l的旋转运动而被解绕。为了在绕线筒50上在整个长度上卷起纤维1，设置了用于沿纵向轴线l的方向导引纤维1的导引装置52。在解绕和卷绕过程期间，芯元件34是固定的。
此外，纤维1的后处理可以在其卷起在绕线筒50上之前进行。例如，可以通过导引装置52对纤维1施加涂覆如发黑处理以用于热固性应用。
最后，如图16中所示，纤维1从复合部件4移除并且作为用于在新的结构性部件中重新使用的单根未缩短的纤维1制备在绕线筒50上。
本公开涉及用于抽取长纤维特别是环状连续纤维的方法及设备，所述长纤维嵌入树脂基体中而形成卷绕状复合部件，其中，纤维通过在用于分解基体的热解处理之后解绕而抽取为单个部分。
附图标记列表
1        纤维
2        基体
4        复合部件
8        纤维结构
10       自由纤维端
12       保持器
13       开口
14       腔体
15       头部
16       外部固定机构
18       内部固定机构
19       后端
20       销
24       弹簧
26       内面
27       卷绕匝
28       保持装置
30       传送带
32       炉
33       机器人
34       芯元件
36       辅助装置
38       夹持装置
40       前开口
41       前凹部
42       能量源
44a，b   接线
46       抓取器
48       标记
50       绕线筒
52       导引装置
m        主轴线
P        支撑压力
l        纵向轴线

Claims (15)

1.一种用于抽取纤维(1)的方法，所述纤维(1)嵌入树脂基体(2)中从而形成具有主轴线(m)的卷绕状复合部件(4)，其中，所述纤维(1)在所述主轴线(m)的方向上形成多个相邻的卷绕匝，所述方法包括下述步骤：
·将所述复合部件(4)定位在沿所述主轴线(m)的方向延伸的保持器(12)上，
·通过热解处理生成无树脂的纤维结构(8)，
·通过从所述纤维结构(8)的内部指向外部的支撑压力(p)支撑所述纤维结构(8)，
·寻位和抓取所述纤维(1)的自由端(10)，以及
·解绕所述纤维(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述复合部件(4)水平地对齐。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，连续地进行所述热解。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在移除所述保持器(12)之前沿着所述主轴线(m)在所述纤维结构(8)中定位用于生成所述支撑压力(p)的芯元件(34)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，沿着所述主轴线(m)在所述纤维结构(8)中定位用于生成所述支撑压力(p)的芯元件(34)，移除所述保持器(12)和通过所述芯元件(34)支撑所述纤维结构(8)同时地进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纤维(1)的自由端(10)的所述寻位和抓取通过充电进行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述纤维(1)的自由端(10)的所述寻位和抓取通过使所述纤维结构(8)绕所述主轴线旋转而进行。
8.一种用于抽取纤维(1)的设备，所述纤维(1)嵌入树脂基体(2)中从而形成具有主轴线(m)的卷绕状复合部件(4)，其中，所述纤维在所述主轴线(m)的方向上形成多个相邻的卷绕匝，特别地，所述设备用于执行如前述权利要求中任一项所述的方法，所述设备包括：
·保持器(12)，所述保持器(12)用于接纳所述复合部件(4)，
·炉(32)，所述炉(32)用于执行热解处理以便生成无树脂的纤维结构(8)，
·可膨胀芯元件(34)，所述芯元件(34)用于支撑所述纤维结构(8)，
·用于寻位和抓取所述纤维(1)的自由端(10)的装置，以及
·绕线筒，所述绕线筒用于接纳解绕的纤维(1)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述保持器(12)具有外部固定机构(16)和内部固定机构(18)，所述外部固定机构(16)用于在第一位置固定所述复合部件(4)，所述内部固定机构(18)用于在第二位置固定所述复合部件(4)。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述内部固定机构(18)结合在保持器头部(15)中并且能够在所述主轴线(m)的方向上伸展。
11.根据权利要求8、9或10中任一项所述的设备，其中，所述保持器(12)具有用于接纳所述芯元件(34)的腔体(14)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备，其中，所述保持器头部(15)呈锥形形状。
13.根据权利要求8至11中任一项所述的设备，其中，所述保持器头部(15)具有用于释放所述芯元件(34)的前开口(40)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的设备，其中，用于寻位和抓取所述纤维(1)的自由端(10)的所述装置包括用于提供直流电的电能量源(42)、可移动的抓取器(46)、以及用于使所述保持器(12)和所述抓取器(46)与所述能量源相连接的接线(44a，44b)。
15.根据权利要求8至13中任一项所述的设备，其中，用于寻位和抓取所述纤维(1)的自由端(10)的所述装置包括驱动机构和抓取器(46)，所述驱动机构用于使所述芯元件(34)绕所述主轴线(m)旋转，所述抓取器(46)定位在所述纤维结构(8)的外侧。
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